[发明专利]一种地震资料偏移成像方法

摘要

本发明公开一种地震资料偏移成像方法。该方法包括：获取待进行偏移成像的地震资料数据、观测系统参数、偏移速度模型及偏移参数；将偏移速度模型由深度域变换到垂向时间域；将各向同性介质一阶速度‑应力声波方程由深度域变换到垂向时间域；获取每炮对应的每一个时刻的速度‑应力优化算子；利用所得的该炮对应的每一个时刻的速度‑应力优化算子进行震源波场重建，获得该炮的每一个时刻的震源波场；获取每炮的每一个时刻的检波点波场；获得每炮对应的单炮偏移剖面；将所有炮的所述单炮偏移剖面进行叠加，获得最终的偏移剖面。本发明方法，可以有效降低常规三维逆时偏移方法的计算量和存储量，提高算效率。

主权项

1.一种地震资料偏移成像方法，其特征在于，所述方法包括：读取地震工区观测系统参数、速度模型及观测的多炮地震资料数据，确定进行偏移成像的多炮观测地震记录、观测系统参数、深度域偏移速度模型及偏移参数；利用深度域‑垂向时间域坐标变换关系式，将深度域坐标变换为垂向时间域坐标，基于所述深度域偏移速度模型，利用三次样条插值算法，获得垂向时间域偏移速度模型，进而获得垂向时间域平滑偏移速度模型；利用深度域‑垂向时间域坐标变换关系式，将深度域各向同性介质一阶速度‑应力声波方程变换为垂向时间域各向同性介质一阶速度‑应力声波方程；根据所述观测系统参数获取每炮的炮点位置坐标；在每个炮点位置坐标处分别设置震源子波；根据垂向时间域偏移速度模型、垂向时间域平滑偏移速度模型和偏移参数，利用交错网格优先差分数值算法求解垂向时间域一阶应力‑速度声波方程，实现每炮震源波场的正向延拓，获得每炮的每一个时刻的震源波场；保存每炮的每一时刻的速度‑应力优化算子；读取存储的每炮的每一个时刻的速度‑应力优化算子，利用读取的优化算子以及特定的差分格式，进行震源波场重建，获得每炮的每一个时刻的重建的震源波场；根据所述观测系统参数获取每炮的检波点位置坐标；根据垂向时间域偏移速度模型、垂向时间域平滑偏移速度模型和偏移参数，利用数值算法求解垂向时间域一阶应力‑速度声波方程，对每炮的观测地震记录进行逆时延拓；获得每炮的每一个时刻的检波点波场；在相同时刻，基于偏移成像条件，对所述的每炮的每一个时刻的重建的震源波场和检波点波场进行成像，获得每炮的单炮偏移剖面；进而获得所有炮的单炮偏移剖面，将所有炮的单炮偏移剖面进行叠加，获得垂向时间域的最终的偏移剖面；利用深度域‑垂向时间域坐标反变换关系，将垂向时间域的最终的偏移剖面由垂向时间域变换至深度域，得到深度域的最终的偏移剖面；利用深度域‑垂向时间域坐标变换关系式，将深度域坐标变换为垂向时间域，基于所述深度域偏移速度模型，利用三次样条插值算法，获得垂向时间域偏移速度模型，进而获得垂向时间域平滑偏移速度模型，包括：深度域‑垂向时间域坐标变换关系式为：式(1)中，x，y和z分别表示笛卡尔坐标系的x，y和z方向；τ(x,y,z)是由深度域坐标变量转换所得的垂向时间域坐标变量；是由所述的深度域偏移速度模型v^d(x,y,z)平滑所得的深度域平滑偏移速度模型；利用式(1)即可将深度域坐标变换为垂向时间域；所述基于所述深度域偏移速度模型，利用三次样条插值算法，获得垂向时间域偏移速度模型，进而获得垂向时间域平滑偏移速度模型，具体包括：(a)根据深度域坐标和垂向时间域坐标之间的一一对应关系，所述深度域平滑偏移速度模型即为原始垂向时间域偏移速度模型v^τ1(x,y,τ)，此时垂向时间域坐标的坐标间隔为不均匀的；(b)以步骤(a)中垂向时间域的最大坐标间隔为准，利用三次样条插值算法对垂向时间域坐标进行插值重采样，获得均匀的垂向时间域坐标，同时即可获得垂向时间域偏移速度模型v^τ(x,y,τ)；同理，由深度域平滑偏移速度模型可以获得垂向时间域平滑偏移速度模型利用深度域‑垂向时间域坐标变换关系式，将深度域各向同性介质一阶速度‑应力声波方程变换为垂向时间域各向同性介质一阶速度‑应力声波方程，具体为：深度域各向同性介质一阶速度‑应力声波方程为：式(2)中，u_x，u_y和u_z分别为深度域各向同性介质声波质点速度波场在x，y和z三个方向的分量，p为深度域各向同性介质声波正应力波场；所述将深度域各向同性介质一阶速度‑应力声波方程变换为垂向时间域各向同性介质一阶速度‑应力声波方程，具体为：(a)将深度域坐标系(x,y,z)变换为垂向时间域坐标系两个坐标系的坐标变量满足如下关系：(b)引入符号f_x表示：定义垂向时间域算子α＝τ_x和β＝τ_y，根据链式法则，笛卡尔坐标系的偏导数与垂向时间域坐标系的偏导数满足如下关系：那么笛卡尔坐标系的单位基矢量与曲坐标系的单位基矢量之间的关系为：(c)笛卡尔坐标系下的任意矢量其在垂向时间域对应形式为：其中，V_x，V_y和V_z为矢量V在笛卡尔坐标系在x，y和z三个方向的分量；V_ξ，和V_τ为矢量V在垂向时间域坐标系ξ，和τ三个方向的分量；运用散度定理，将笛卡尔坐标系下的矢量V的梯度和散度用其垂向时间域的分量及单位基矢量进行表示，具体为：(d)将式子(8)，(9)代入式子(2)，即可得到各向同性介质垂向时域一阶速度‑应力声波方程，具体为：式(10)中，U_ξ，U_τ分别为垂向时间域各向同性介质声波质点速度波场在垂向时间域坐标系ξ，τ三个方向的分量，P为垂向时间域各向同性介质声波正应力波场；保存每炮的每一时刻的速度‑应力优化算子，具体为：任意t时刻，速度‑应力优化算子A_t定义如下：式(11)中，为t时刻模型区域外第i个网格点上的垂向时间域声波正应力波场；其中i＝1,2,…,N,表示波场延拓所用的空间差分半阶数，N表示最大半阶数；h表示空间网格间距；a_i为第一组优化算子系数；利用读取的优化算子以及特定的差分格式，进行震源波场重建，获得每炮的每一个时刻的重建的震源波场，具体为；当正应力波场为P时，垂向时间域各向同性介质一阶应力‑速度声波方程中的空间偏导数的交错网格有限差分形式为：P在x＝0，则P在x＝0右侧的第i个点的一阶偏导数可用有限差分进行表示，具体为：其中，b_i,j为第二组优化算子系数，式(12)即为特定差分格式，将式子(12)和式子(11)对比可知，式子(12)包含了所述的优化算子A_t，由式(12)式即可求出波场在左边界内N‑1点的偏导数；同理，可以获得模型其余边界内N‑1点的偏导数；对于模型内部的点，利用常规的交错网格有限差分计算其偏导数，从而实现震源波场重建，获得每炮的每一个时刻的重建的震源波场；在相同时刻，基于偏移成像条件，对所述的每炮的每一个时刻的重建的震源波场和检波点波场进行成像，获得每炮的单炮偏移剖面；进而获得所有炮的单炮偏移剖面，将所有炮的单炮偏移剖面进行叠加，获得垂向时间域的最终的偏移剖面，具体为：所述偏移成像条件为：式中(13)中，P_S(x,y,τ,t)和P_R(x,y,τ,t)分别表示每一个时刻的任意空间位置的垂向时间域震源波场和检波点波场，I_s(x,y,τ)表示第s炮的单炮偏移剖面，T表示最大记录时间；所述将所有炮的单炮偏移剖面进行叠加，获得垂向时间域的最终的偏移剖面，具体为：式子(14)中，I(x,y,τ)表示垂向时间域的最终偏移剖面；利用深度域‑垂向时间域坐标反变换关系，将垂向时间域的最终的偏移剖面由垂向时间域变换至深度域，得到深度域的最终的偏移剖面，具体为：深度域‑垂向时间域坐标反变换关系为：式(15)中，Z(x,y,τ)是将垂向时间域坐标τ反变换深度域的深度域坐标变量；此时Z(x,y,τ)为非等间隔采样，采用三次样条插值法对Z(x,y,τ)进行插值，获得等间隔采样的深度域坐标变量利用公式(15)，将垂向时间域的最终的偏移剖面I(x,y,τ)由垂向时间域变换至深度域，得到深度域的最终的偏移剖面